Моделирование процесса кормления животных 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Моделирование процесса кормления животных



Технологический процесс кормления животных

Процесс кормления механизирован и осуществляется с помощью кормораздатчика. Время начала кормления определяется расписанием кормления. В назначенное время, кормораздатчик начинает движение из гаража в кормохранилище для загрузки корма. Одновременно с этим начинается подсчет затраченного на движение количества топлива. Затем заранее приготовленный корм загружают в кормораздатчик. После погрузки загруженный кормораздатчик движется к коровнику для выдачи корма животным. Затем начинается процесс кормления. Кормораздатчик, проезжая между стойлами с постоянной скоростью, начинает выдавать корм одновременно на две стороны, при этом животные могут получать разное количество корма. Осуществляется подсчет количества выданного корма. После выдачи корма, кормораздатчик возвращается в гараж. В процессе работы модели фиксируется количество корма для каждой коровы, общее количество выданного корма и количество затраченного кормораздатчиком топлива.

При создании модели будем использовать средства библиотеки Enterprise library, входящие в пакет AnyLogic. Определеим рассмотренную систему как дискретно-событийную. Задачу моделирования этой дискретно-событийной системы будем решать с помощью библиотеки Enterprise library, которая сводится к построению структуры системы из заранее созданных блоков.

Определеим процесс кормления. Схема движения кормораздатчика по территории фермы приведена на рисунке 9.17. При создании модели кормления будем учитывать только те состояния объектов (события), которые существенно влияют на технологический процесс.

Кормораздатчик 1 находится первоначально в гараже 2. В соответствии с расписанием кормления он начнет движение из гаража 2 к кормохранилищу 3 для загрузки корма. После чего, начнется загрузка корма в кормораздатчик, по окончании которой он отправится в помещение для животных 4 для выдачи корма. Двигаясь между стойлами, кормораздатчик начнет выдавать корм на обе стороны. После раздачи корма всем животным, кормораздатчик отправится в гараж 1 для ожидания следующего выезда для раздачи корма согласно расписания кормления.

Структурная диаграмма процесса кормления животных приведена на рисунке 9.18.

Для создания модели кормления животных можно использовать такие средства библиотеки Enterprise library, как блоки Source, Seize, Delay, Resource Pool, Sink, Release. Все используемые блоки, кроме блока Delay, не задерживают заявки. Заявки мгновенно проходят от входного порта к выходному. Операции выполняются последовательно. Кормораздатчик работает циклически.

Блок Release освобождает заданное количество ресурсов, заданных указанным объектом Resource Pool, ранее захваченных заявкой с помощью объекта Seize. После прохождения заявок через этот блок ресурсы, задействованные на каком-либо этапе технологического процесса, становятся свободными и могут использоваться для других операций и для других заявок. Блок Sink уничтожает входящие в него заявки. Этот блок используется в конце модели. Блок Delay создает временную задержку. Данные временные задержки имитируют время, необходимое для каких либо действий. Например, время, необходимое кормораздатчику, чтобы доехать до кормохранилища. Время задержки вычисляется динамически, может быть случайным, зависеть от текущей заявки или от каких-то других условий. В нашем случае это время задается с помощью равновероятностного распределения, что наиболее полно отражает суть процесса. Т.е. кормораздатчик может затратить любое количество времени на дорогу в определенном диапазоне значений.

 

 

Рис. 9.17- Схема движения кормораздатчика по территории фермы:

1- кормораздатчик; 2- гараж; 3- кормохранилище; 4- помещение для животных; 5- ломаная линия движения; 6- узлы сети.

 

Первоначально создадим в блоке «Табличная функция» расписание, которе будет показывать время начала операции и количество затраченных ресурсов, рисунок 9.19.

 

 

Рис. 9.18. Структурная диаграмма процесса кормления

 

Из блока Source палитры Enterprise Library сформируем «ИсточникРасписания Кормления», рисунок 9.20. Этот блок будет генерировать заявки на кормление. Блок Source обычно используется в качестве начальной точки потока заявок. В нем может быть задано как максимально допустимое число генераций, так и число заявок, создаваемых за каждый раз. В нашем случае блок Source будет выдавать заявки согласно расписанию кормления, т.е давать команду на начало работы кормораздатчика. Будем использовать одновременно только одну заявку, т.е. одновременно будет работать только один кормораздатчик.

 

 

 

Рисунок 9.19- Табличная Расписание кормления функция для задания расписания кормления

 

В панель свойства блока Source необходимо в поле «Заявки прибывают согласно» указать «Расписанию». Введем название нашего расписания «РасписаниеКормления» в поле «Расписание». Таким образом, мы задали наше расписание в роли источника для генерации заявок модулем Source- ИсточникРасписанияКормления. (рис. 9.20).

 

Рис. 9.20- Свойства модуля Source- ИсточникРасписанияКормления

 

Далее необходимо для нашей модели с помощью блока Resource Pool –Кормораздатчик задать ресурс. В роли ресурса выступает кормораздатчик. Если необходимые для какой-либо операции ресурсы будут заняты, то операция не будет производиться до тех пор, пока количество ресурсов не будет нужным. Кормораздатчиков может быть несколько.

В рабочее окно блока Resource Pool вводится его название- «Кормораздатчик», в свойства- в поле «Количество ресурсов» внесем «1» (кормораздатчик) (рис.9.21).

 

Рис. 9.21- Свойства модуля Resource Pool - Кормораздатчик

 

Блок Seize необходим для захвата ресурсов из блока Resource Pool- Кормораздатчик. В его свойствах нужно задать, какое количество ресурсов необходимо взять в модель. У нас количество ресурсов равно единице. Этот блок будет захватывать в модель одну единицу ресурса- 1 кормораздатчик.

Далее рассмотрим работу кормораздатчика по территории фермы. Требуется сымитировать движение кормораздатчика из гаража в кормохранилище, процесс загрузки корма, движение к коровнику, выдачи корма животным и движение обратно в гараж. Для этого используется блок Delay. В нем необходимо задать временные задержки, имитирующие работу кормораздатчика на различных операциях.

Для начала зададим временную задержку, имитирующую движение кормораздатчика из гаража в кормохранилище. Первый блок Delay назовем «Движение_к_кормохранилищу». После этого в свойствах этого блока зададим время задержки- время необходимое для выполнения этой операции. Этот время может быть постоянным или рассчитываться в зависимости от длины пути, типа кормораздатчика и т.п. В поле «Время задержки» задается например, выражение «uniform (8.,12)» (рис. 9.22). Мы задали время задержки в виде равномерного распределения в заданном диапазоне значений.

Рис. 9.22 Свойства модуля Delay «Движение к кормохранилищу»

 

Далее необходимо задать соответствие модельного времени реальному времени. Для этого в панели свойств «Simulation:Main» на вкладке «Модельное время» в поле «Единицы модельного времени» выберем «Минуты» (рис. 9.23). Теперь одна секунда реального времени будет равна одной минуте модельного времени, т.е. кормораздатчик потратит 8-12 минут модельного времени для движения к кормохранилищу. Этот способ задания времени задержки наиболее точно отражает поведение реального объекта.

 

Рис. 9.23. Свойства Simulation: Main. Задание масштаба времени движения

 

Аналогично с помощью блоков Delay создадим операции (времена их выполнения). «Загрузка_корма», «Движение_к_коровнику», «Кормление» и «Движение_в_гараж».

Освобождение ресурса, т.е. занятый в процессе кормления кормораздатчик осуществляется блоком Release - «Освобождение_кормораздатчика». Последним блоком будет блок Sink.

Создадие анимации процесса кормления животных

Для начала требуется указать фигуру анимации всего процесса. В нашем случае фигурой анимации служит фигура кормораздатчика, созданная с помощью средств презентации AnyLogic (рис. 9.24) или другим способом, например можно использовать фотографию.

Рис. 9.24- Фигура «Кормораздатчик».

 

Таким образом, мы задали тот объект- фигуру «Кормораздатчик», который будет управляться всеми блоками при его прохождении через них. В каждом блоке Delay необходимо указать траекторию движения объекта. Траектория зададается с помощью ломаной линии 5, рисунок 9.17. Каждая из этих линий будет выступать в роли пути на каждом этапе операции и будет управляться с помощью соответствующих блоков Delay. Ломаная линия состоит из отдельных отрезков, которые начинаются и заканчиваются в узлах сети 6. Каждый узел привязан к отдельному блоку библиотеки, например, Delay. Движение кормораздатчика будет осуществляться по ломанойь линии в напроавлении, указанных стрелками. Направление движения определяется в свойствах каждого блока.

Например, ломаная линия от гаража 2 к кормохранилищу 3 (рис.9.17 будет управляться блоком «Движение_к_кормохранилищу» (рис. 9.18) и т.д.

Для исследования модели ее необходимо дополнить индикаторными диаграммами соответствующих искомых переменных. С помощью данной модели целесообразно исследовать, например такие переменные процесса кормления, как время кормления животных, производительность кормораздатчика, затраты энергии на кормораздачу, учет корма для каждого животного за определенный промежуток времени, запасы корма и т.д.

 

 

Контрольные вопросы к главе 9

1. Дайте определение имитационному определению.

2. Какие средства программирования можно использовать для имитационного программирования?

3. Поясните назначение в модели движения автомобиля к комбайну назначение параметра h.

4. Можно ли совместить в одной модели аналитические и имитационные подходы в моделировании?

5. Для чего в потоковой диагармме подачи воды необходимы обратные связи?

6. Каким образом в системно-динамической модели подачи воды можно прекратить подачу воды в башню, если она полностью закполнена?

7. Определеите назначение блока Network.

8. Как задается количество заявок в модели раздачи корма животным?

9. Как создать анимационную фигуру?

10. Как создать движущуюся по определенному маршруту анимационную фигуру?

11. Какие библиотеки используются при создании модели подачи воды?

12. Какие библиотеки используются при создании модели уборочного процесса плодов?

13. Какие библиотеки используются при создании модели кормления животных?

 

Источники информации к главе 9

1.Борщев А.В.От системной динамики и традиционного имитационного

моделирования — к практическим агентным моделям: причины, технологии, инструменты. http://www.xjtek.com

7. Гатаулина Г. Г., Долгодворов, В. Е., Объедков М. Г. Технология производства продукции растениеводства.- М.: КолосС, 2007 г.

2. Имитационное моделирование систем в среде AnyLogic: учебно- методическое пособие / М. В. Киселёва. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2009. 88 с.

3. Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. – Спб.: БВХ- Петербург, 2006.- 400с.: ил.

4. Мезенцев К.Н.. Учебное пособие «Моделирование систем в среде AnyLogic 6.4.1».Часть 2 / Под редакцией Заслуженного деятеля науки РФ, д.т.н., профессора А.Б.Николаева. МАДИ. — М.: 2011. 103 с.

6. Степанов Д.В., Кочкарев В.Р., Никульников В.С., Гранкин Н. Н., Белкин Б. Л., Попкова Т. В. Животноводство. - М.: -КолосС, 2006г.

5. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений/ Под общей ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003.- 486 с.

 

 

Заключение

Вокруг моделирования в настоящее время складывается ситуация, когда его применение в реальном призводстве, конструировании машин или исследовании процессов или полностью отрицается или придают ему сверхзначение. Сельскохозяйственное производство, в частности и агроинженерия как направление деятельности, является сложным, слаборганизованным процессом, трудно поддающимся формальному описании, в том числе и моделированию.

Начиная с некоторого уровня сложности, систему легче изготовить и реально эксплуатировать, исследовать, преобразовывать и изменять, чем отобразить формальной моделью, поскольку имеется принципиальная ограниченность формализованного описания развивающихся самоорганизующихся систем. Простейшим описанием объекта, достигшего определенной сложности, является он сам, а любая попытка его строгого формального описания приводит к чему-то более трудному и запутанному, а иногда и лишенному всякого смысла.

В первую очередь моделирование, в частности имитационное (компьютерное), следует применять для обучнения студентов и специалистов тем или иным технологическим приемам производства сельскохозяйственной продукции или его анализа, используя виртуальные технологии и оборудование, машины и агрегаты, максимально приближенные к реальным условиям производства. Особенно там, где уже применяется дорогостоящая и сложная техника, энергонасыщенные трактора и комбайны.

Другим направлением применения моделей является прогнозирование и контроль за расходованием материальных и энергетических ресурсов, встраивая модели в существующие системы спутникового наблюдения за техническими средствами- автомобилями, машинно-тракторными уборочными и посевными агрегатами, с целью прогнозирования, котроля и нормирования параметров их работы. Сюда же может относиться прогнозирование урожая, сроков их уборки и храрения.

Трудности при моделировании возникают при работе со сложными объектами (биологическими, технологическими, экономическими, социальными и др.). Без существенного упрощения их нельзя представить в виде хорошо организованных систем- т.е. описать их алгебраическими или дифференциальными уравнениями. Поэтому для отображения сложного объекта в виде хорошо организованной системы приходится выделять только факторы, существенные для конкретной цели исследования, однако, это может привести к неадекватности описания. Часто некоторые исследователи пытаются описывать сложные объекты, такие как, например цеха растениеводства, ферма крупного рогатого скота или машинно-тракторный парк, в рамках аналитического моделирования с помощью систем алебраических или дифференциальных уравнений, что есть не что иное как подмена реального процессак некоторым набором математических формул, ничего общего не имеющих с моделированием. Эти попытки применить модели хорошо простых организованных систем для представления сложных объектов практически нереализуемы, так как, в частности, не удается поставить эксперимент, доказывающий адекватность полученной модели.

Рассмотренные в данном учебнике подходы моделирования частично решеают эту проблему нереализуемости и сложности формализованного описания моделй селскохозяйственного производства путем применения многоподходного моделирования- обновременного применияе аналитического и имитационного моделирования- динамического, дискретно-событийного, системной динамики и агентного. Желаю изучившим этот курс успехов в применении полученных знаний в практике преподавания и реальном производстве.

 

Предметный указатель

 

 


Агентное моделирование, 171

Адаптивность подсистем, 36

Алгоритмические модели, 28

Аналитическое представление, 175

Аппроксимация исходных данных, 62

Биологическая система, 13

Виртуальное время, 111

Временная классификация систем, 11

Декомпозиция, 30

Детерминированные экспериментальные данные, 53

Дискретно событийное (процессное) моделирование, 166

Дискретные и непрерывные системы, 15

Дробный факторный эксперимент, 97

Идентификация, 30

Иерархичность, 19

Имитационное моделирование, 100, 195

Индуктивный подход, 10

Интерполяция, 62

Искусственный нейрон, 133

Классификация по объективности существования, 11

Классы активных объектов, 153

Контр-интуитивность, 36

Концептуальная модель, 85

Корневой объект, 155

Коррелирующие параметры, 92

Линейные и нелинейные системы, 15

Макетирование, 30

Материальные ресурсы, 33

Ментальные модели, 43

Многослойные сети, 136

Множественная корреляция, 77

Моделирование, 25

Моделирование сети, 137

Модель, 24

Модель для прогнозирования, 145

Модельное(системное) время, 110

Обратная связь, 44

Окружающая среда, 9

Оптимизация, 87

Организационная система, 14

Открытые и закрытые системы, 12

Отрицательный контур, 49

Оценка, 87

План эксперимента, 98

Подсистема, 7

Предмет дисциплины, 5

Прогноз, 87

Рандомизация, 53

Самоорганизующиеся системы, 18

Система, 7

Система ограничения, 27

Система управления, 14

Системная динамика, 169

Системный подход, 10, 20

Событие, 166

Состояние системы, 108

Социальная система, 14

Стейтчарт, 110

Стохастические исходные данные., 54

Структура системы, 10

Таймер-, 110

Теория массового обслуживания, 102

Технические системы, 13

Технологическая система, 13

Уравнения связи, 27

Физическое время, 110

Функции роста, 80

Функциональные модели, 29

Целевая функция, 27

Целостность, 18

Цель, 7

Цель учебника, 5

Централизованные и децентрализованные системы, 15

Частная корреляция, 78

Черный ящик, 8

Экономическая система, 13

Экспертиза, 30

Экстраполяция, 63

Эмерджентность, 18

Эмпирические модели, 29

Энергетические ресурсы, 33

Эргатическая система, 13

Явление переобучения., 140


 

 

Источники информации

1. Введение в теорию организационных систем: Учеб. пособие /Н.Д.Дроздов; Твер. гос. ун-т. Тверь, 2001. 172 с.

2. Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учеб.пособие для вузов/Т.Н.Гартман, Д.В.Клушин.- ИКЦ «Академкнига», 2006, -416 с.: ил.

3. Гиляров А.М. Популяционная экология: Учебное пособие.- М.: Изд-во МГУ, 1980.- 191с: ил.

4. Гордеев А.С. Моделированеие в агроинженерии: Учеб.пособ./ А.С.Гордеев.- Мичуринск: Изда-во Мичуринского госаугроуниверситета, 2008.- 282 с.

5. Каюмов М.К. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. – М.: Агропромиздат, 1988.- 320 с.:ил.

6. Колесов Ю.А., Сениченко Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы. Учеюное пособие.- СПб.:БЧИ-Петербург, 2006.- 224 с.: ил.

7. Компьютерное моделирование технологических процессов и систем: учебное пособие /С.И.Дворецкий, Ю.Д.Муромцев, В.А.Погонин, А.Г.Схиртладзе.- Тамбов: Изд-во Тамб.гос.техн.ун-та, 2006.- 240 с. – 400 экз.

8. Маслов Г.Г., Дидманидзе О.Н., Цыбулевский В.В. Комплексное проектирование механизированных процессов в растениеводстве: Учебное пособие для сельскохозяйственных вузов.- М.: УМЦ Триада, 2006.- 256 с.

9. Моделирование систем: учебник /С.И.Дворецкий, Ю.Д.Муромцев, В.А.Погонин, А.Г.Схиртладзе.- Тамбов: Изд-во Тамб.гос.техн.ун-та, 2006.- 320 с. – 400 экз.

10. Орлов А.И. Прикладная статистика М.: Издательство «Экзамен», 2004.

11. Скотт К. Java для студента.-СПБ.: БВХ-Петербург, 2007.- 448с.: ил.+ CD-ROM

12. Трахтенгерц Э.Л. Компьютерная поддержка принятия решений. М., Синтэг, 1988.

13. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника, М., Мир, 1982.

14. Франс Дж., Торнли Дж.Х.М. Математические модели в сельском хозяйстве/ Пер. с англ. А.С.Каменского; под ред.Ф.И.Ерешко. Предисл.Ф.И.Нрешко и А.С. Каменского.- М.: Агропромиздат, 1987. -400 с.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-06; просмотров: 350; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.83.87.94 (0.126 с.)